水分状态对鱼糜凝胶高温处理热稳定性的影响*

张莉莉，张涛，姜晓明，薛勇，徐杰，薛长湖

(中国海洋大学食品科学与工程学院，山东 青岛，266003)

鱼糜制品具有原料丰富，营养全面等特点，目前市面上仅有的几种制品，如冷冻鱼丸、鱼肉肠、鱼肉水饺等，都是需要低温流通的半成品，若能将鱼糜制品研制成常温流通即食形式，将使得其产品形式得到很大程度的丰富，从而吸引更多的消费者，拓宽鱼糜制品的市场。

高温灭菌在即食食品的加工过程中起着非常重要的作用。之前的研究发现，高温处理将破坏鱼糜制品的凝胶特性，进而使得鱼糜制品的持水性能急剧下降，影响制品的品质。

水分作为鱼糜制品中含量最高且非常重要的化学组分，其含量和分布状态在鱼糜制品整个加工过程中的变化，是决定鱼糜制品质量的重要因素。肉制品中有3种状态水，分别为与大分子相互作用的水、肌原纤维和网状组织中的水以及细胞外水［1－2］，它们的T2值范围依次为:T2B(1～10 ms)、T21(30～60 ms)、T22(100 ～400 ms或 200 ～500 ms)［3－5］。其中，T2B反映与大分子紧密结合的水即结合水，T21反映位于高度组织化蛋白质结构内部的水(含肌动蛋白/原肌球蛋白细纤丝与肌球蛋白粗纤丝之间)即不易流动水，而T22为肌原纤维蛋白外部水包括肌浆蛋白部分即自由水［3，5－6］。

本实验研究了具有不同水分含量及水分状态的鱼糜凝胶经高温热处理后的凝胶特性。

1 材料与设备

1.1 实验材料

阿拉斯加狭鳕鱼糜(AAA级):购于山东青岛锦灿食品有限公司，于－20℃冻藏;食盐为市售食品级;其他化学试剂为分析纯。

1.2 实验设备

TMS-PRO质构仪，美国 Food Technology公司;UMC5型真空斩拌机，德国Stephan公司;桑普特电汽两用杀菌锅，诸城市金鼎食品机械有限公司;AND快速水分测定仪MX-50，日本;NOVASINA水分活度仪，瑞士;核磁共振成像分析仪，上海纽迈电子科技有限公司;电热恒温水浴锅，金坛市荣华仪器制造有限公司。

2 实验方法

2.1 阿拉斯加狭鳕鱼糜凝胶的制备

取冻藏阿拉斯加狭鳕鱼糜200 g，半解冻后用真空斩拌机在10℃以下空擂5 min，添加3.0%食盐继续盐擂2 min，然后添加不同保水剂(0.5%复合磷酸盐［m(三聚磷酸钠)∶m(焦磷酸钠)∶m(六偏磷酸钠)=2∶2∶1］［7］、0.3% 丙二醇、1.35% 丙三醇)继续擂溃5 min，将鱼糜充填至直径为30 mm的尼龙肠衣中，90℃水浴加热30 min，加热后立即将鱼肠置于冰水中冷却，然后将其于4℃温度下放置12 h，待测。空白组为不添加保水剂。注意在加热鱼肠前应严格控制鱼糜的温度在10℃以下。

2.2 干燥条件

将鱼肠切成3 mm厚薄圆片，于冷风干燥机冷风干燥箱内干燥 0、2、4、6、8 h，温度为 10℃，风速为1.5 m/s，相对湿度是60% ～7 0%。

2.3 高温处理条件

将干燥后的样品置于电汽两用杀菌锅进行高温处理。高温处理条件为:温度:121℃;时间15 min;压力:0.12 MPa。

2.4 水分含量测定

采用水分测定仪直接测定，每组试验重复3次，试验结果为3次测定结果的平均值。

2.5 Aw值测定

采用水分活度测定仪直接测定，每组试验重复3次，试验结果为3次测定结果的平均值。

2.6 凝胶强度的测定

将制备好的鱼肠从4℃取出，室温放置，使鱼肠温度平衡至室温，然后将其切成厚25 mm的片段，破断强度和凹陷度直接采用质构仪测定。采用直径为5 mm的球形探头，以60 mm/s的速度穿刺样品至10 mm，穿刺曲线上的第一个峰为破断强度，对应的距离为凹陷度。二者的乘积为凝胶强度［8］，即:凝胶强度 =破断强度×凹陷度。每组试验重复3次，试验结果为3次测定结果的平均值。

2.7 NMR自旋-自旋弛豫时间(T2)测量

测试条件为:质子共振频率为22.6 MHz，测量温度为32℃。约2 g的样品放入直径15 mm的核磁管，而后放入分析仪中。自旋-自旋弛豫时间 T2用CPMG 序列进行测量［9－11］。所使用的参数为:τ-值(90°脉冲和 180°脉冲之间的时间)为 200 μs。重复扫描16次，得到5 000个回波，得到的图为指数衰减图形，每个测试4次重复。

2.8 NMR T2数据的处理

NMR弛豫测量得到的图为自由诱导指数衰减曲线，其数学模型为:

式(1)中，A(t)为衰减到时间t时的幅值大小，A0为平衡时的幅值大小。T2i为第i个组分的自旋-自旋弛豫时间。CMPG指数衰减曲线用仪器自带的MultiExp Inv Analysis软件进行反演，得到T2值。本软件使用综合迭代算法，结果为离散型与连续型相结合的T2谱。反演的结果为生成弛豫图和各个弛豫过程的弛豫幅值、其对应时间常数(峰值)及其所占面积分数、每个峰起始时间和结束时间等。为了分析的方便，采用了弛豫图每个组分峰值对应的时间作为 T2，而弛豫峰的宽度为基线上峰底的宽度。

2.9 曲折试验

样品经高温处理后通过曲折试验进行质量检测，由5级法表示，如表1。此法与传统的评分法的对应关系为:5分:AA，4分:A，3分:B，2分:C，1分:D。

表1 5分法评分标准Table 1 Five-point grading system

2.10 统计分析方法

所有试验数据用SAS 8.0进行分析，采用Duncan多重比较对数据之间的显著性进行对比。

3 结果与分析

3.1 添加不同保水剂对鱼糜凝胶特性的影响

添加不同保水剂对鱼糜的破断强度、凹陷度和凝胶强度都具有一定的影响。由图1可以看出，添加复合磷酸盐可显著提高鱼糜的破断强度和凹陷度，添加丙二醇显著降低了鱼糜的破断强度，提高了鱼糜的凹陷度，而添加丙三醇对鱼糜的破断强度和凹陷度几乎没有影响。破断强度反映鱼糜凝胶的硬度，凹陷度反映鱼糜凝胶的弹性，其二者乘积为凝胶强度。由此看来，添加复合磷酸盐可明显提高鱼糜凝胶的硬度和弹性，进而使得凝胶强度明显增加;添加丙二醇降低了鱼糜凝胶的硬度，提高了鱼糜凝胶的弹性，但对其凝胶强度几乎没有影响;添加丙三醇对鱼糜凝胶的硬度、弹性和凝胶强度都没有影响。

3.2 冷风干燥对添加不同保水剂鱼糜凝胶水分含量的影响

图2显示了添加不同保水剂鱼糜凝胶经冷风干燥不同时间后的水分含量变化。鱼糜凝胶的水分含量随冷风干燥时间的延长而依次降低。添加保水剂可在一定程度上影响水分含量的降低速率，其中添加丙二醇的鱼糜凝胶经冷风干燥后水分的降低速率最慢，其次是添加复合磷酸盐组和添加丙三醇组，三者的水分降低速率均低于空白组。由此可以看出，添加保水剂均可在一定程度上提高鱼糜凝胶的保水性能。

图1 添加不同保水剂鱼糜凝胶的破断强度、凹陷度及凝胶强度Fig.1 Breaking strength，deformation and gel strength of surimi gels with different water retaining agents

图2 添加不同保水剂的鱼糜凝胶经冷风干燥后的水分含量变化Fig.2 Water content of surimi gels with different water retaining agents after cold drying treatment

3.3 冷风干燥对添加不同保水剂鱼糜凝胶水分活度的影响

磷酸盐、丙二醇和丙三醇具有降低水分活度的作用。图3显示了这些品质改良剂对冷风干燥鱼糜凝胶水分活度的影响。从图3中可以看出，随冷风干燥时间的延长，空白组和添加保水剂组鱼糜凝胶的水分活度都呈现下降的趋势。与空白组相比，添加保水剂组都可显著降低鱼糜凝胶的水分活度，其中丙三醇降低鱼糜凝胶水分活度的效果最好，其次是丙二醇、复合磷酸盐。

图3 添加不同保水剂的鱼糜凝胶经冷风干燥后的水分活度变化Fig.3 Water status of surimi gels with different water retaining agents after cold drying treatment

3.4 冷风干燥对添加不同保水剂鱼糜凝胶水分状态的影响

图4显示了添加不同保水剂的鱼糜凝胶经冷风干燥不同时间后的T2弛豫时间的变化。T2弛豫的特点是在0.1～10 ms的位置有一个小峰(T2B)，在10～100 ms有一个大峰(T21)，在 100～1 000 ms有一个小峰(T22)，分别对应于3种水的状态，即结合水、不易流动水和自由水。由图4中可以看出，随着冷风干燥时间的延长，T2B峰的积分面积很小，图4中不易看出明显的变化规律，而T21和T22明显向低的弛豫时间方向迁移。

图5显示的是添加不同保水剂的鱼糜凝胶经冷风干燥不同时间后不同状态的水的含量变化。从图5中可以看出，随冷风干燥时间的延长，空白组和添加保水剂组的鱼糜凝胶的结合水含量均呈现先上升后下降的趋势，其中添加复合磷酸盐和丙二醇组与空白组结合水的比例及其变化规律和变化幅度都基本相同，结合水含量均在冷风干燥4h达到最高，而添加丙三醇组的结合水含量的升高和降低幅度都明显高于其他组，而且其结合水含量在冷风干燥2 h达到最高。不易流动水的含量随冷风干燥时间的延长呈现下降趋势，空白组和复合磷酸盐组在冷风干燥4h达到最低，之后保持平衡，丙二醇组呈现线性下降趋势，而丙三醇组在冷风干燥2 h达到最低，之后稍有增加。随冷风干燥时间的延长，空白组和添加保水剂组的鱼糜凝胶的自由水含量的变化趋势不尽相同，空白组和复合磷酸盐组呈现先上升后下降的趋势，自由水含量在冷风干燥4 h达到最高，而丙二醇和丙三醇组呈现上升的趋势。

图4 添加不同保水剂的鱼糜凝胶经冷风干燥后的T2弛豫时间Fig.4 T2relaxation time of surimi gels with different water retaining agents after cold drying treatment

3.5 曲折试验结果

本实验采用曲折试验来反应鱼糜凝胶经高温处理后的凝胶强度，图6中显示了添加不同保水剂冷风干燥不同时间的鱼糜凝胶经高温处理后的质量评分。从图中可以看出，冷风干燥可有效提高高温处理鱼糜凝胶的凝胶强度，与空白组相比，添加保水剂组的效果更好，其中复合磷酸盐组的效果最好，其次是丙三醇组和丙二醇组。

图5 添加不同保水剂的鱼糜凝胶经冷风干燥后不同状态水的含量Fig.5 Different states of water content of surimi gels with different water retaining agents after cold drying treatment

图6 添加不同保水剂冷风干燥不同时间的鱼糜凝胶经高温处理后的质量评分Fig.6 Quality score of surimi gels with different water retaining agents after different period cold drying and high-temperature treatment successively

4 讨论

肌原纤维蛋白在鱼糜加工过程中起很重要的作用，它的一个重要性质是在加热后形成凝胶，凝胶的形成不仅与制品黏聚性和良好的质构有关［12］，而且对产品赋形，保留产品的水分起重要作用［13］。

水分是鱼肉中含量最高的化学组分(肌肉含水70%)，水分含量、水分活度和水分状态对鱼糜凝胶的质构具有非常重要的作用。本研究发现，对不添加保水剂的鱼糜凝胶进行冷风干燥会使得鱼糜凝胶的水分含量呈现线性下降趋势，经高温处理后其凝胶强度呈现线性上升趋势，这说明在研究常温流通鱼糜制品的过程中，降低水分含量是一个非常可行的手段。另外，水分根据其不同活动状态，可分为结合水、不易流动水和自由水3种。其中，不易流动水占总水分的80%，存在于纤丝、肌原纤维及膜之间，它能溶解盐类及其他物质，在0℃或稍低温度下结冰，通常情况下肌肉的系水力主要由这部分水决定。结合水指与蛋白质分子表面紧密结合的水分子层，占总水量的5%左右;结合水的冰点很低，为－40℃，不易解离和蒸发，并不易受肌肉蛋白质结构和电荷变化的影响，甚至在施加严重外力的条件下，也不能改变其与蛋白质结合的状态，因此结合水对肌肉系水力没有影响。自由水是存在于肌细胞外间隙中的水分，主要靠毛细管凝结作用而存在于肌肉中［14－15］。因而，通过改变鱼糜凝胶中不易流动水及自由水的含量可有效改善鱼糜凝胶的高温处理热稳定性。

5 结论

降低水分含量可有效提高高温处理鱼糜凝胶的凝胶特性，同时可通过添加保水剂来降低水分活度改变水分状态从而进一步提高鱼糜凝胶的高温处理热稳定性。

［1］ Fjelkner-modig S，Tormberg E.Water distribution in porcine M.longissimus dorsi in relation to sensory properties［J］.Meat Science，1986，17(3):213－231.

［2］ Tornberg E，Andersson A，Goransson A，et al.Pork Quality，Genetic and Metabolic Factors［M］.Oxon:CAB International，1993:239 －258.

［3］ Bertram H C，Karlsson A H，Andersen H J.The significance of cooling rate on water dynamics in porcine muscle from heterozygote carriers and non-carriers of the halothane gene-a low-field NMR relaxation study［J］.Meat Science，2003，65(4):1 281－1 291.

［4］ Renou J P，Kopp J，Gatellier P，et al.NMR relaxation of water protons in normal and malignant hyperthermia-susceptible pig muscle［J］.Meat Science，1989，26(2):101－114.

［5］ Bertram H C.Field gradient CPMG applied on postmortem muscles［J］.Magnetic Resonance Imaging，2004，22(4):557－563.

［6］ Bertram H C，Karlsson A H，Rasmusen M，et al.Origin of multiexponential T2relaxation in muscle myowater［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2001，49(6):3 092－3 100.

［7］ 汪学荣，彭顺清.复合磷酸盐对鱼糜制品的保水效果研究［J］.食品工业，2002(4):41－42.

［8］ Hiroko S，Yoshiyuki K，Kumazawa S，et al.Gel strength enhancement by addition of microbial transglutaminase during onshore surimi manufacture［J］.Journal of Food Science，1995，60(2):300－304.

［9］ Carr H Y，Purcell E M.Effects of diffusion on free precession in nuclear magnetic resonance experiments.American Journal of Physiology，1954，94(3):630－638.

［10］ Meiboom S，Gill D.Modified spin-echo method for measuring nuclear relaxation times［J］.The Review of Scientific Instruments，1958，29(8):688－691.

［11］ Zhang L，Xue Y，Xu J，et al.Effects of high-temperature treatment(≥100℃)on Alaska Pollock(Theragra chalcogramma)surimi gels［J］.Journal of Food Engineering， http://dx.doi.org/10.1016/j. jfoodeng.2012.10.006

［12］ Xiong Y L.Food Protein and Their Application［M］.New York:Marcel Dekker Inc，1997:341－392.

［13］ Bertram H C，Kristensen M，φstdal H，et al.Does oxidation affect the water functionality of myofibrillar proteins?［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2007，55(6):2 342－2 348.

［14］ 周光宏.肉品学［M］.北京:中国农业科技出版社，1999:253－328.

［15］ 周光宏，张兰威，李洪军，等.畜产食品加工学［M］.北京:中国农业大学出版社，2002:130－149.